类型a：这篇文档报告了一项原创研究。
主要作者和机构及发表信息
该研究的主要作者包括Alexander V. Boyarintsev、Sergei I. Stepanov、Galina V. Kostikova、Valeriy I. Zhilov、Alexander M. Chekmarev以及Aslan Yu. Tsivadze，他们分别隶属于俄罗斯门捷列夫化学技术大学（Dmitry Mendeleev University of Chemical Technology of Russia）和俄罗斯科学院弗鲁姆金物理化学与电化学研究所（A.N. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences）。该研究发表于《核工程与技术》（Nuclear Engineering and Technology）期刊，2019年第51卷，页码1799-1804。
学术背景
该研究属于核燃料后处理领域。随着核能的广泛应用，如何安全高效地处理乏核燃料（SNF，Spent Nuclear Fuel）成为重要课题。传统的PUREX流程虽然广泛使用，但其依赖硝酸介质，存在一定的安全隐患，例如腐蚀性强、易燃易爆等。为解决这些问题，研究者提出了Carbex（碳酸盐提取）工艺，这是一种基于碳酸盐溶液和季铵化合物（QACs，Quaternary Ammonium Compounds）溶剂萃取的新方法。该工艺旨在通过温和的碱性碳酸盐介质实现铀（U）和钚（Pu）从裂变产物（FPs，Fission Products）中的选择性回收和纯化。研究的主要目标是验证Carbex工艺的关键步骤可行性，并优化实验室规模的工艺参数。
详细工作流程
该研究分为以下几个主要步骤：
1. 模拟乏核燃料粉末的制备
研究团队根据VVER-1000压水堆乏燃料的成分比例，混合了金属氧化物和碳酸盐粉末，制备了模拟乏核燃料粉末（Simfuel Powder）。粉末中铀以U3O8形式存在，其他成分包括CeO2、MoO3、Cs2CO3、ZrO2等。制备后的粉末经过热处理（500°C，4小时），并利用X射线衍射（XRD）确认相组成。比表面积通过BET法测定为0.44 m²/g。
碱性预处理
将Simfuel粉末置于NaOH溶液中进行预处理，以选择性分离钼（Mo）和铯（Cs）。实验条件包括NaOH浓度（0.08-0.48 mol/L）、温度（25-75°C）和液固比（L:S=2-5）。结果显示，在0.48 mol/L NaOH、75°C条件下，Mo的提取率超过99.9%，而Cs的提取率为53.2%。
氧化溶解
在1.0 mol/L Na2CO3和0.2 mol/L H2O2溶液中，通过超声波辅助对Simfuel粉末进行氧化溶解。实验条件包括温度（70°C）、液固比（L:S=2.7）和时间（90分钟）。结果表明，铀的提取率达到46%，溶液中铀浓度达到142.5 g/L。同时，由于某些氧化物（如Ce(IV)、Ln(III)、Zr(IV)）的低溶解度，实现了对这些元素的部分纯化。
溶剂萃取精炼
溶剂萃取分为两个阶段：第一阶段是从氧化溶解后的碳酸盐溶液中萃取铀，第二阶段是对共萃取的杂质进行进一步纯化。实验采用甲基三辛基铵碳酸盐（(MTOA)2CO3）作为萃取剂，萃取过程在玻璃分液漏斗中进行。通过逆流模式操作，最终获得了高纯度的铀化合物。萃取后得到的沉淀经过煅烧生成U3O8或UO2粉末。
主要结果
1. 碱性预处理成功去除了大部分Mo和部分Cs，显著简化了后续的溶剂萃取步骤。
2. 氧化溶解过程中，超声波的应用大幅缩短了溶解时间（从6-9小时减少到45-90分钟），并提高了铀的提取效率（从40-60 g/L提升至140-160 g/L）。
3. 在氧化溶解阶段，铀从Zr、Ba、Sr和稀土元素（REEs，Rare Earth Elements）中得到了初步纯化，净化系数（Kpur）达到1.5-38.3。
4. 经过两阶段溶剂萃取后，铀的净化系数达到10³-10⁵，证明了Carbex工艺在铀纯化方面的高效性。
结论与意义
本研究表明，Carbex工艺是一种安全、简单且经济可行的乏核燃料后处理方法。相比传统PUREX工艺，Carbex工艺具有以下优势：
1. 使用温和的碳酸盐介质，降低了火灾和爆炸风险；
2. 减少了放射性废液的体积，特别是高放射性废液；
3. 提高了铀和钚的选择性分离效率；
4. 实现了试剂的循环利用，例如通过气体CO2再生NaHCO3。
此外，该研究为未来开发更高效的核燃料后处理技术奠定了基础，特别是在钚、镎及其他超铀元素的行为研究方面。
研究亮点
1. 首次系统验证了Carbex工艺的关键步骤可行性；
2. 超声波辅助氧化溶解显著提高了铀的提取效率；
3. 两阶段溶剂萃取实现了铀的高纯度回收，净化系数高达10³-10⁵；
4. Carbex工艺展示了良好的应用前景，尤其是在提高核燃料后处理安全性方面。
其他有价值内容
研究还指出，未来需要进一步优化溶剂萃取步骤，以将铀的净化系数提升至10⁶-10⁸，接近甚至超越PUREX工艺的水平。此外，Carbex工艺的实际应用还需在真实乏核燃料样品上进行全面测试和评估。